澡港水利枢纽挡土墙结构裂缝修补效果分析

2018-08-01吴文平邵春楼冯建荣

治淮 2018年7期

陈娟吴文平邵春楼冯建荣陈锋

常州市澡港水利枢纽是太湖治理骨干工程中武澄锡低片治理的主要工程项目之一，位于江苏省常州市沿江引排骨干河道澡港河的入江口。工程于1998年11月开始兴建，2002年6月竣工，具有防洪、排涝、抗旱、航运、水环境保护等多种功能。枢纽包括节制闸、泵站和船闸等建筑物，呈三位一体布置，其中节制闸为单孔净宽16m，设计流量100 m3/s；引排两用水泵机组2台套，设计流量40m3/s；五级通航船闸一座，设计标准为190m×12（16）m×2.5m；设户内变电所一个。工程可抗御长江100年一遇洪水，使得武澄锡地区西部的除涝标准达到20年一遇，年均可自流引水4亿m3，可灌溉10万亩。

一、裂缝概况

2013年6月9日，澡港水利枢纽节制闸、船闸经过江苏省水利厅组织的安全鉴定，定为二类水闸，其中混凝土结构表面有较多裂缝是工程存在的主要问题之一。经过十余年的运行，澡港水利枢纽船闸闸室墙及翼墙、岸墙等挡土墙结构表面出现了裂缝，一些裂缝已经渗水流土。船闸的闸室墙等主要建筑物级别为2级，翼墙等次要建筑物为3级。闸室墙等挡土墙作为澡港水利枢纽的重要组成部分，出现如此多的裂缝，将严重影响到水利枢纽的正常使用。

澡港水利枢纽挡土墙为护壁式结构，墙体为C25混凝土，底板顶面高程为-0.7m（吴淞基面，下同），墙后填土高7.5m，为粉质粘土、重粉质壤土及砂壤土等。

二、裂缝现状调查

船闸闸室墙有较多竖向裂缝，其中东侧闸墙有21条，缝宽为0.10～0.35mm；西侧闸墙有 17条，缝宽为0.10～0.50mm，大部分裂缝均从墙顶延伸至水面，部分裂缝向外渗水。

船闸内河侧东翼墙有2条的竖向裂缝，缝宽均为0.10mm，缝长0.6～1.5m。内河侧西翼墙共有5条裂缝，缝长 1～1.5m，缝宽为 0.15～0.30mm。

节制闸内河侧护岸挡土墙存在30条竖向裂缝，大部分裂缝长度在1.5m左右，裂缝宽度约0.15mm。

通过现状调查，可以看出裂缝基本为竖向裂缝，长度不是很长，但一些裂缝缝宽较大，部分裂缝向外渗水。

三、裂缝原因分析

1.荷载作用

考虑到澡港水利枢纽挡土墙，根据环境条件类别为三级构件，即允许出现裂缝的构件，按荷载效应的短期组合和长期组合两种情况分别进行计算，最大裂缝宽度计算不应超过允许值。

澡港水利枢纽挡土墙立板配筋为：C14@30，Ag=5.13cm2＞3.3cm2，满足强度要求；Mmax=2.4t·m＜5.6t·m，满足抗裂要求；Wmax=0.16mm＜[Wmax]=0.20mm，最大裂缝开展宽度满足要求。经复核计算，闸室墙、翼墙沿基底面滑动稳定，在正常运用、检修工况及遇设防地震工况下的抗滑稳定高于规范限值，应力不均匀系数和墙底应力均低于允许值，闸室墙抗滑、抗震稳定满足要求。因此可排除因荷载作用而引起挡土墙裂缝。

2.非荷载作用

（1）基础不均匀沉降

澡港水利枢纽共布设了38个沉降观测点，自工程建设至管理期间的观测一直按规范开展，早在2007年沉降就基本稳定，枢纽基础沉降已达到《建筑变形测量规范》（JGJ8-2009）规定的稳定标准（沉降速率小于0.01～0.04mm/d），表明枢纽垂直沉降已趋于稳定，挡土墙的沉降也基本均匀并趋于稳定，可排除因基础不均匀沉降而引起挡土墙裂缝。

（2）钢筋锈蚀

钢筋生锈过程实际上是电化学反应过程，其生成物铁锈的体积大于原钢筋体积，就导致混凝土表面形成顺筋裂缝。经过现场检测发现，澡港水利枢纽挡土墙结构碳化深度平均12mm，最大值为18mm，钢筋保护层厚度均在40mm以上，钢筋未锈蚀。

（3）温度变化

混凝土构件随着温度的变化而产生变形，即热胀冷缩。当变形收到约束时就会产生裂缝，实用的处理办法是撤去约束，允许自由地产生变形。澡港水利枢纽挡土墙每隔10～20m均设置伸缩缝和填料，允许挡土墙变形，但是总归还是会对混凝土结构的变形产生一些制约，导致裂缝出现。

（4）混凝土收缩

混凝土在空气中结硬时体积会收缩，产生收缩变形。收缩所引起的大多是表面裂缝，并随着时间变化而增长，初期发展较快。三个月后增长缓慢，一般两年后趋于稳定。防止和减少收缩裂缝的措施包括合理设置伸缩缝等。混凝土浇筑过程中必然会产生水化热，浇筑完成后必然会收缩，虽然设置了伸缩缝，但是总归还是会对混凝土结构的变形产生一些制约，从而形成裂缝。

澡港水利枢纽混凝土构件，从1999年9月开始浇筑，到2000年6月基本浇筑完成，直至2001年4月25日才开坝放水。澡港水利枢纽混凝土外感质量较好，平均强度已达30.4MPa，达到优良标准。但早期浇筑的混凝土，在2000年3月就发现在边界约束处出现了裂缝，当墙后回填土回填至3.5m以上时，裂缝增多，部分裂缝已贯穿渗水。经参建各方研究认为裂缝原因是混凝土收缩而引起的温度缝，确定了修补方案：对缝宽小于0.2mm的裂缝，考虑到澡港河水质较差，不渗水的采用环氧砂浆作表面封闭，渗水的采用丙凝浆液灌浆；缝宽大于等于0.2mm裂缝，采用环氧浆液灌浆。裂缝修补完成通过验收才开坝放水。

澡港水利枢纽工程实施完成后，在管理过程中，经过多次观测发现原先修补过的裂缝基本没有扩展，现有的裂缝主要在挡土墙结构常水位以上部位，其原因仍然是混凝土收缩和温度变化引起的。

四、裂缝修补

为确保枢纽安全运行，对裂缝进行修补十分必要。本着轻重缓急的原则，先修补缝宽在0.2mm（最大裂缝开展宽度）及以上的裂缝，对于缝宽在0.2mm以下的裂缝将在后期混凝土碳化处理中加以解决。

根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）第14.1.4条中第三种方法：压力注浆法进行修补，即在一定时间内以较高的压力将修补浆液注入裂缝腔内。

表1 聚氨酯材料主要技术指标表

考虑到水位变化、水质较差等因素，采用油溶性聚氨酯灌浆材料，代号OPU。C25挡土墙现有混凝土强度为27.5MPa，因此选用相对高强度的聚氨酯材料，其主要技术指标见表1。

裂缝的修补步骤如下：

（1）将船艇安全停靠至裂缝修补处，对裂缝周围进行清理；（2）在裂缝位置开凿30mm×30mm的施工槽口，用刚性封堵材料对施工槽进行封堵；（3）根据裂缝走向，按250～300 mm间距钻注浆孔，孔径Φ14mm，深度大于150mm，注浆孔必须斜穿裂缝；（4）植入150～180mm的注浆钉，注入油溶性聚氨酯材料，直至混凝土表面微微渗出浆液；（5）注浆24h后检查，有隐蔽渗水缝继续注浆加固；（6）注浆后36h拆除外露注浆钉，封堵洞口，施工面用环氧砂浆进行封底防腐处理。

2013年7月初裂缝修补完成后，经观测，没有发现修补处渗水等现象，修补效果良好。